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水火混合電力系統(tǒng)的日有功優(yōu)化調(diào)度

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在現(xiàn)有我國(guó)電力市場(chǎng)化的條件下，簡(jiǎn)單的電能平衡已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)化的需求，節(jié)能環(huán)保低碳的能源利用，以及更低成本的電網(wǎng)運(yùn)行，已經(jīng)成為了目前電網(wǎng)調(diào)度的目標(biāo)。在這樣的環(huán)境下，本文提出了一種方法，根據(jù)目前我國(guó)主要以川流式水力發(fā)電、水庫(kù)式水力發(fā)電和大量的火力發(fā)電的情況下，通過(guò)平均供電費(fèi)用及各配電種類的特點(diǎn)優(yōu)化調(diào)度，最終做到更低碳環(huán)保地利用資源。

電力市場(chǎng);平均費(fèi)用;水火混合電力系統(tǒng)

水火混合電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配,首先應(yīng)滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，保證電能質(zhì)量,然后盡量充分利用水利資源,在合理的情況下減少各電廠的有功負(fù)荷供求矛盾,在考慮網(wǎng)損的情況下,達(dá)到系統(tǒng)的最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在一般的電力系統(tǒng)條件下,通常采取分解協(xié)調(diào)的方法解決水火混合電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷調(diào)度，這是因?yàn)橐紤]到各水電廠的水庫(kù)容量、進(jìn)水量、出水量和水頭等約束, 使得問(wèn)題復(fù)雜化?？紤]到目前在電力市場(chǎng)條件下,各電廠以獨(dú)立企業(yè)形式存在并為追求自身的利潤(rùn)發(fā)展，節(jié)能降耗已經(jīng)成為各企業(yè)的首要任務(wù)，各電廠能通過(guò)市場(chǎng)行為競(jìng)價(jià)上網(wǎng)。所以,水電機(jī)組完全可以看作是火電機(jī)組并等同處理，對(duì)于水輪機(jī)組只需考慮的出力上、下限, 使得問(wèn)題得到了簡(jiǎn)化。水輪機(jī)組的物理特性使得它和汽輪機(jī)組比較中，他們的約束條件存在差異，首先水輪機(jī)組幾乎不存在負(fù)荷爬坡速率的約束, 并且也可以較頻繁地啟停,運(yùn)行成本低,這使得水電廠的電價(jià)可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于火電廠，同時(shí)，水情對(duì)水電機(jī)組的出力影響巨大，水情和水電機(jī)出力關(guān)系密切，所以水情成為了水電機(jī)的一個(gè)約束，這一點(diǎn)可以直接考慮水電機(jī)的出力曲線即可。在當(dāng)我們對(duì)水電機(jī)組某一時(shí)刻的機(jī)組出力容量進(jìn)行考察時(shí),水電機(jī)組的出力容量可以看作為一常數(shù),因此我們可以建立一個(gè)線性規(guī)劃，使得水電機(jī)組與火電機(jī)組作同等考慮，從而使得水火混合系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配問(wèn)題趨于簡(jiǎn)化。

1 電力系統(tǒng)的日有功優(yōu)化調(diào)度的數(shù)學(xué)模型

在一個(gè)擁有n臺(tái)發(fā)電機(jī)組的電力系統(tǒng)模型中, 設(shè)Pi（max）, Pi（min）為各機(jī)組的出力上、下限, 一天有T個(gè)時(shí)段,在時(shí)段t內(nèi)系統(tǒng)的總負(fù)荷為PtR, 這個(gè)時(shí)段的各機(jī)組出力為Pti( i = 1 ,2 ,…, n) 。下面是電力系統(tǒng)的日有功優(yōu)化調(diào)度的數(shù)學(xué)模型。

1.1 目標(biāo)函數(shù)

為了使得總的購(gòu)電費(fèi)用最少，可以將各臺(tái)機(jī)組在i時(shí)段的出力Pti乘以該機(jī)組發(fā)電費(fèi)用Cti，并求和得到i時(shí)段總購(gòu)電費(fèi)，再加各時(shí)段費(fèi)用相加得到當(dāng)日的總購(gòu)電費(fèi)用，可以用以下函數(shù)表示。

1.2 功率平衡約束條件，發(fā)電功率等于負(fù)荷功率加上網(wǎng)損，為簡(jiǎn)便模型，i機(jī)組的網(wǎng)損微增率設(shè)為常數(shù)σi，可得

1.3 系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用約束條件

1.4 機(jī)組容量約束條件

每臺(tái)機(jī)組根據(jù)自身的機(jī)械特性，擁有出力的最高上限和下限，可以表達(dá)為：

1.5 功率響應(yīng)速度約束條件

這里可以分為倆部分來(lái)考慮，水輪機(jī)組和火電機(jī)組分開考慮。首先考慮火電機(jī)組，火電機(jī)組的特性決定了火電機(jī)組的出力變化有慢, 所以可以得到一個(gè)關(guān)于火電機(jī)組變化能力的約束條件，設(shè)機(jī)組i的功率響應(yīng)最大上升速度和最大下降速率分別為 rdi, rri，單位為MW/ h得：

水輪機(jī)組因?yàn)槠渥陨硖匦钥梢怨β薯憫?yīng)速度高，響應(yīng)時(shí)間可以忽略不計(jì)。

1.6 機(jī)組啟停約束條件

調(diào)峰機(jī)組可能一天內(nèi)啟動(dòng)n次，由于機(jī)械等原因，機(jī)組啟停存在以下約束，一天內(nèi)機(jī)組存在最大的啟停次數(shù)限制Ai，本文通過(guò)對(duì)機(jī)組的狀態(tài)進(jìn)行數(shù)字處理，設(shè)機(jī)組停機(jī)時(shí)刻機(jī)組狀態(tài)量A取值為0，機(jī)組運(yùn)行時(shí)機(jī)組狀態(tài)量取1，可以表達(dá)為

如此以來(lái)，在電力系統(tǒng)中水火混合電力系統(tǒng)的日有功優(yōu)化問(wèn)題就可以這樣表達(dá)為多時(shí)段的綜合約束優(yōu)化問(wèn)題。

2 發(fā)電機(jī)組的發(fā)電平均運(yùn)行

基于式（6）可以求解出機(jī)組經(jīng)濟(jì)組合，然后再進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分配，為了方便和快捷的運(yùn)算，本文的方法是計(jì)算出各個(gè)機(jī)組的運(yùn)行平均運(yùn)行費(fèi)用，再通過(guò)排序列表的方法，將平均運(yùn)行費(fèi)用由低到高的順序自上而下的進(jìn)行列表，為考慮環(huán)保低碳其中需要注意的是，排在最上面的為川流式發(fā)電廠，然后根據(jù)豐水季和枯水季的區(qū)別排列，將火力發(fā)電機(jī)組和水庫(kù)式發(fā)電機(jī)組按以下原則排列，當(dāng)處在豐水季時(shí)，水庫(kù)式發(fā)電機(jī)組的優(yōu)先級(jí)別高于火力發(fā)電機(jī)組，應(yīng)當(dāng)注意的是此時(shí)的水庫(kù)式發(fā)電機(jī)組需要留有一定比例的容量作為備用。當(dāng)處在枯水季時(shí)，火力發(fā)電機(jī)組優(yōu)先級(jí)在水庫(kù)式發(fā)電機(jī)組的前面。接下來(lái)對(duì)列表從上至下一一進(jìn)行累加，將累加結(jié)果與系統(tǒng)總負(fù)荷比較，最后得到滿足旋轉(zhuǎn)備用約束條件、功率響應(yīng)約束條件m臺(tái)機(jī)組。這列表第m排機(jī)組以上包括第m機(jī)組開機(jī)運(yùn)行，而第m排以下的機(jī)組停機(jī)，這樣就可以得到當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加的時(shí)候，平均運(yùn)行費(fèi)用更低的機(jī)組能更多的出力；當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷下降時(shí)，平均運(yùn)行費(fèi)用高的機(jī)組優(yōu)先減少出力，最終實(shí)現(xiàn)水火混合電力系統(tǒng)的日經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。以上分析都基于對(duì)平均運(yùn)行費(fèi)用的有效評(píng)估做出的判斷，那么下面本文將對(duì)平均運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行量化。

發(fā)電機(jī)組的發(fā)電平均運(yùn)行費(fèi)用來(lái)自兩個(gè)部分，一部分來(lái)自于機(jī)組運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的運(yùn)行費(fèi)用y1，一部分來(lái)自于啟動(dòng)機(jī)組產(chǎn)生的平均運(yùn)行費(fèi)用y2，即機(jī)組i一天內(nèi)總的運(yùn)行費(fèi)用可用下式表達(dá),式子中A表示啟停次數(shù)。

按近期統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)每臺(tái)機(jī)組計(jì)算其平均運(yùn)行費(fèi)用，這樣就可以利用平均運(yùn)行費(fèi)用更為準(zhǔn)確的對(duì)各個(gè)機(jī)組的出力進(jìn)行調(diào)配，最終達(dá)到水火混合電力系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析，本文得到了一種能環(huán)保低碳的能源利用，以及更低成本的電網(wǎng)運(yùn)行的方法。在對(duì)目前我國(guó)主流的三種發(fā)電方式：川流式水力發(fā)電、水庫(kù)式水力發(fā)電、火力發(fā)電分析中，首先通過(guò)多種約束條件得到最優(yōu)機(jī)組組合，然后把川流式水力發(fā)電作為最底層的基礎(chǔ)發(fā)電，盡量利用其資源，然后對(duì)枯水季和豐水季節(jié)進(jìn)行分類，豐水季盡可能地多利用水庫(kù)式水力發(fā)電減少碳排放，枯水季利用水庫(kù)式水力發(fā)電調(diào)峰，以減少火力發(fā)電機(jī)組平凡啟停帶來(lái)的額外成本，最終實(shí)現(xiàn)水火混合電力系統(tǒng)的日有功經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.002